التعرف على دور مكثف التحويل في نظام التوزيع الكهربائي:

تعد مكثفات التحويل جزءاً لا يتجزأ من نظام الطاقة لأنها تساعد في تصحيح عامل الطاقة، وهناك حقيقة أن هذا الجهاز يمكن نشره في أي مكان في الدائرة أو شبكة الطاقة يجعله الخيار المثالي لهذا العمل، كما أن مكثفات التحويل هي أيضاً أرخص نسبياً من المكثفات المتسلسلة وسهلة التركيب.

وفي نظام توزيع الطاقة، يضع المهندسون الكهربائيون موصلاً على التوازي خلال ناقل الحركة، كما تُعرف هذه الأداة باسم مكثف التحويل، حيث يساعد مكثف التحويل في موازنة مشكلات نقل الطاقة مثل تنظيم الجهد المنخفض والموثوقية السيئة وعوامل الطاقة، علاوة على ذلك، كما يمكن أن تنقسم إلى مكثف (HV) ومكثف (LV).  

كيف يعمل مكثف التحويل في النظام الكهربائي؟

يحتوي مكثف التحويل على العديد من الوظائف التي تتغير من وقت لآخر حسب التطبيق، ومع ذلك؛ فمن المفيد في تثبيت القدرة لتجنب الفارق بين الجهد والتيار داخل نظام الطاقة، كما يؤدي التأخر بين الجهد والتيار إلى انخفاض عامل القدرة الكهربائية، مما يؤدي إلى زيادة الطلب على المزيد من الطاقة من المصدر.  

وعلى المدى الطويل؛ فإنه تؤدي الدورة إلى اندفاعات في الطاقة وفقدان الخطوط، والتي تُعرف أيضاً باسم التفاعل الحثي، ولمواجهة هذا الخلل؛ فإنه يمكن للمهندسين إدخال مفاعلة سعوية في النظام، حيث يؤدي استخدام عدة وحدات بدلاً من وحدة واحدة إلى إنشاء تفاعل موثوق به ضد التفاعل الاستقرائي المتكرر، كما يشار إلى هذه المجموعة من وحدات المكثف على أنها بنك مكثف.

كما تعتبر بنوك المكثفات شائعة في محطات الطاقة الفرعية أو الأنظمة التي تزود الطاقة للشركات والمقيمين في منطقة معينة، حيث يأتي ملف تعريف الجهد المحسن مع بعض الامتيازات التي تشمل:  

سهولة في التبديل إلى خطة النسخ الاحتياطي.  

يطيل عمر المعدات.  

يقلل من الحاجة إلى إضافة أي شيء جديد إلى النظام لموازنة الطاقة.  

وفي الحالات التي يزيد فيها ناقل الحركة عن 69 كيلو فولت أو أكثر من الطاقة، يقوم بنك المكثف بتسريع مستويات نقل الطاقة دون إضافة خط جديد أو موصلات أكبر.  

كيفية توصيل المكثف الخاص بالنظام الكهربائي:  

من الممكن توصيل مكثف تحويلة في عدة مواقع، ومع ذلك؛ فإنه يتم استخدام المكثفات بشكل متكرر في ثلاث نقاط رئيسية، والتي تشمل:  

المكثفات المثبتة على عمود الكهرباء: عادة ما يتم تركيبها على أعمدة كهربائية إما في وحدات ثابتة أو قابلة للتحويل، وهذه الاختلافات مفيدة في تلبية أحمال الطاقة بين (460V – 33kV)، وعادة ما تتراوح وحدات المكثفات المركبة على أعمدة بين (300 – 3000kVAR).  

بنوك مكثف تحويلة (EHV): المحطات الفرعية ذات الجهد العالي الإضافي تنقل الطاقة بكميات كبيرة إلى مراكز التحميل، وعند نقل أحمال عالية من الطاقة؛ تميل هذه الخطوط إلى "انخفاض الجهد” بشكل كبير، و على هذا النحو، يتم تشغيل مكثفات (EHV) عند الضرورة، وذلك لإنشاء طاقة تفاعلية.  

بنوك مكثفات المحطات الفرعية: يتم تركيبها في المحطات الفرعية لتشغيل الفولتية بين (2.4 – 765) كيلو فولت، كما تقوم الجهات المعنية بإلقاء نظرة نقدية على تدفق الأحمال واستقرار البنوك قبل التثبيت، وذلك بصرف النظر عن هذه المواقع الثلاثة، بحيث يتم وضع المكثفات أيضاً في مناطق أخرى حسب الحاجة.  

كما يمكن ربط هذه بطريقتين، وهما دلتا واتصال النجم، وفي اتصال النجمة؛ تتكون الشبكة من ثلاث نقاط تشكل شكل نجمة، وأكثر من ذلك؛ فقد ترتبط النقاط القابلة للتبديل من الحبال ببعضها البعض، وهناك نقطة محايدة أو نجمة داخل الاتصال وخط تيار مكافئ لتيار الطور، بحيث يستقبل كل منحنى حتى (230) فولت، كما ويستخدم هذا الاتصال بشكل أساسي في شبكات النقل.  

أيضاً يستخدم اتصال دلتا جهد طور مساوٍ لجهد الخط، ومع الأخذ في الاعتبار أنه يتطلب عدداً كبيراً من المنعطفات، والأفضل من ذلك؛ أن كل سلسلة تستقبل 414 فولت كحد أقصى، وهذا الاتصال أكثر انتشاراً في شبكات توزيع الطاقة، وبالتالي؛ فإنه يتطلب هذا الاتصال عزلاً عالياً لحمايته من الآثار الضارة للجهود عالية الطاقة.  

تطبيقات على مكثفات التحويل في الأنظمة الكهربائية:  

من الممكن استخدام مكثفات التحويل في مواقع مختلفة، بما في ذلك أعمدة الكهرباء والمحطات الفرعية ومحولات الطاقة وخطوط (EHV) و (LV) وغيرها، كما يؤدي استخدام مكثفات التحويل في المرافق إلى تقليل تدفق التيار عبر مغذي التوزيع بمساعدة الطاقة التفاعلية.  

على هذا النحو؛ فإنه يقلل من فقدان الخطوط والاستخدام غير الضروري للطاقة، كما بصرف النظر عن إعادة توزيع الفولتية، بحيث تعمل مكثفات التحويل أيضاً على زيادة نقل الطاقة داخل النظام دون إضافة خطوط أو موصلات جديدة لتثبيت الاتصال.  

وهناك دور مهم آخر لمكثف التحويل هو الدعم، وذلك بأنه يربط جهد نظام النقل معاً عندما يكون هناك نقل للجهد العالي الإضافي، مما يمنحه وصولاً نهائياً إلى الشبكة، وبالتالي؛ فقد لا تحتاج إلى الإنفاق على الترقيات كلما قام النظام بنقل حمولة كبيرة من الطاقة.  

وفي هذه الحالة، لا يتعين على المولدات أن تفرط في العمل لإنتاج كل من القوة التفاعلية والقوة الحقيقية، وذلك مع تدفق طاقة تفاعلية أقل عبر الخطوط، حيث تتمتع الخطوط بقدرة أكبر وفقدان أقل للأنظمة.  

ما هو الفرق بين ربط المكثفات التحويلية بالسلسلة أو بالتوازي؟  

هناك العديد من الاختلافات بين المكثفات التسلسلية والتحويلة، ومع ذلك؛ فإن أهمها هو تحسين حمل الطاقة، حيث تساعد مكثفات التحويل في تخفيف التأخر بين التيار والجهد الذي يحدث بعد الحمل الاستقرائي على خط النقل.  

ولهذا السبب، يكون هذا الخيار موثوقاً به خاصةً عندما يتعلق الأمر بتثبيت النظام وتحسين معامل القدرة وزيادة جهد الخط، ومن ناحية أخرى؛ فإن المكثف المتسلسل فعال في تقليل مفاعلة الطاقة، لكن ولسوء الحظ؛ فإن ارتفاع الجهد ممكن فقط عبر المحطات، وعلى عكس المكثفات التحويلية، مما يسمح بارتفاع الجهد في الخطوط. أكثر من ذلك، بحيث لا يؤثر هذا الاتصال على استقرار شبكة الطاقة أو عامل الطاقة.  

وأخيراً يمكن توصيل مكثف التحويل في مواقع مختلفة من ناقل النظام، وعند نقطة التحميل والتوزيع نفسها في الأحمال المحددة في الصناعات، كما يمكن تشغيل الحمولة بالكامل بناءً على المتطلبات، لذلك في هذه الحالة، يُقترح توصيل بنك مكثف باستخدام وحدة التغذية التي توفر كامل هذا الحمل المعين الذي يسمى طريقة بنك مكثف الفرع، خاصةً عندما يكون البنك المكثف متصلاً مباشرة بالفرع، وإلا فإنه لا يساعد في تقليل الخسائر داخل النظام الرئيسي من أي مكان يخرج فيه الفرع.